CN110699755A - 三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，以GaGeLi晶体为前驱体，分散于乙醇中，用氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理并避免浴缸和液体过热，水冷维持在20—25℃，再离心分离即可得到二维层状半导体材料2D‑GaGeLi。其光学带隙与剥离所得层数有关，层数越少，带隙越大。在光电器件、光催化等方面应用有具有较大的潜在性。
Description
技术领域
本发明属于新型二维材料的制备，更加具体地说，具体涉及由一种三元晶体得到二维材料的简单制备方法。
背景技术
二维层状金属材料，尤其是硫属化合物(2DLMCs)，基于其超薄的结构而带来与体相材料不同的电子结构和光学性能，并存在量子效应，能谷效应等特殊的现象。而在石墨烯被发现后，二维材料得到了飞速探索与研发，其中类石墨烯结构且具有可调控带隙的二维层状过渡金属硫化合物(TMDCs：MoS2、WS2等)，Ⅲ-Ⅳ族化合物(GeS、InSe等)及其相关的异质结成为近些年人们研究焦点之一。而相比于二元金属晶体，三元晶体的制备相对更困难，包括难以均匀共熔以及难以确定共熔点等问题，且在空气中不稳定，易被氧化，因而相关报道较少。2008年，UlrichHaussermann等人在总结前人工作基础上，通过电弧重熔制备了三元金属前驱体，并对其进行了氢化使其稳定，得到了四元晶体AeGaEH(Ae：Ca，Sr，Ba；E：Si，Ge，Sn)，其中体相材料BaGaSiH更是具有0.6eV带隙。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，从三元晶体前驱体入手进而简单制备新型二维材料。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，按照下述步骤进行：按照等摩尔比将Ga、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理以得到GaGeLi晶体，由20—25摄氏度在350—450min内升至1000—1100℃并维持1000—1200min再以0.5—3℃/min降温至20—25摄氏度；将GaGeLi晶体分散在乙醇中，使用惰性保护气氛进行脱气后进行密封，持续进行超声处理，同时采用水冷以维持温度20—25摄氏度，以避免超声处理过程中产生过热(如避免浴缸和液体过热)，最后离心分离即可得到二维层状半导体材料2D-GaGeLi。
在上述技术方案中，将Ga、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理时，真空度达到0.1MPa以下。
在上述技术方案中，由20—25摄氏度在380—400min内升至1000—1050℃并维持1100—1200min再以0.5—1℃/min降温至20—25摄氏度。
在上述技术方案中，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气。
在上述技术方案中，使用惰性保护气氛进行脱气后以Teflon胶带密封。
在上述技术方案中，进行离心分离时，离心速率为3000～5000rmp。
在上述技术方案中，超声处理时间为5—20小时，优选10—15小时。
在上述技术方案中，将GaGeLi晶体分散在乙醇中，GaGeLi晶体的质量(mg)和乙醇的体积(ml)的比例为(1—5)：1，优选(2—4)：1。
相比于二元前驱体材料制备二维材料，在本发明技术方案中，以GaGeLi为前驱体，直接分散在乙醇溶剂中，超声后进行离心处理(剥离)得到了三元晶体的二维材料(即先制备三元前驱体，后溶液法制备二维材料)。该制备过程选用了三元晶体，所得新型二维材料具有良好的电学性能和光学性能。
附图说明
图1为本发明技术方案所得GaGeLi体相材料的扫描电镜图。
图2为本发明技术方案所得GaGeLi晶体的XRD图。
图3为本发明技术方案所得不同层数的紫外-可见吸收光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的说明。下面给出本发明的实施例，是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实例1
手套箱中依次称取10mmolGa、10mmolGe和10mmolLi(粉料)，依次加入石英管中，使用真空熔封装装置进行熔封，真空管式炉中进行烧结，400min由常温(20—25摄氏度)升至1000℃，维持1200min后，以0.5℃/min降温至常温(20—25摄氏度)。取60mg前驱体(即上述经过处理的三元GaGeLi)分散于装有15ml水的20ml透明玻璃瓶中，氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理12h，同时避免浴缸和液体过热，采用水冷以维持在20℃，室温下在3000rmp的台式离心机中离心20min得到2D-GaGeLi层状材料。
实例2
手套箱中依次称取10mmolGa、10mmolGe和10mmolLi，依次加入石英管中，使用真空熔封装装置进行熔封，真空管式炉中进行烧结，400min由常温升至1000℃，维持1200min后，以0.5℃/min降温至常温。取60mg前驱体分散于装有15ml水的20ml透明玻璃瓶中，氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理12h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，室温下在4000rmp的台式离心机中离心20min得到2D-GaGeLi层状材料。
实例3
手套箱中依次称取10mmolGa、10mmolGe和10mmolLi，依次加入石英管中，使用真空熔封装装置进行熔封，真空管式炉中进行烧结，400min由常温升至1000℃，维持1200min后，以0.5℃/min降温至常温。取60mg前驱体分散于装有15ml水的20ml透明玻璃瓶中，氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理12h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，室温下在5000rmp的台式离心机中离心20min得到2D-GaGeLi层状材料。
实例4
手套箱中依次称取10mmolGa、10mmolGe和10mmolLi，依次加入石英管中，使用真空熔封装装置进行熔封，真空管式炉中进行烧结，400min由常温升至1000℃，维持1200min后，以0.5℃/min降温至常温。取60mg前驱体分散于装有15mlNMP的20ml透明玻璃瓶中，氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理12h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，室温下在3000rmp的台式离心机中离心20min得到2D-GaGeLi层状材料。
实例5
手套箱中依次称取10mmolGa、10mmolGe和10mmolLi，依次加入石英管中，使用真空熔封装装置进行熔封，真空管式炉中进行烧结，400min由常温升至1000℃，维持1200min后，以0.5℃/min降温至常温。取60mg前驱体分散于装有15mlDMF的20ml透明玻璃瓶中，氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理12h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，室温下在3000rmp的台式离心机中离心20min得到2D-GaGeLi层状材料。
实例6
手套箱中依次称取10mmolGa、10mmolGe和10mmolLi，依次加入石英管中，使用真空熔封装装置进行熔封，真空管式炉中进行烧结，400min由常温升至1000℃，维持1200min后，以0.5℃/min降温至常温。取60mg前驱体分散于装有15ml乙醇的20ml透明玻璃瓶中，氩气脱气后以Teflon胶带密封，超声处理12h，避免浴缸和液体过热，水冷维持在20℃，室温下在3000rmp的台式离心机中离心20min得到2D-GaGeLi层状材料。
以实施例6制备材料为例，如附图1—3所示，采用本发明技术方案成功制备2D-GaGeLi层状材料，使用紫外-可见吸收光谱中对不同层数进行了光学带隙测定，未进行任何处理(即超声离心剥离)的GaGeLi几乎不存在带隙，随层数逐渐减少，带隙逐渐增大，增大离心速率，得到单层GaGeLi，存在0.48eV带隙。
采用本发明内容的工艺参数均可实现二维材料的制备，且表现出基本一致的性能。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：按照等摩尔比将Ga、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理以得到GaGeLi晶体，由20—25摄氏度在350—450min内升至1000—1100℃并维持1000—1200min再以0.5—3℃/min降温至20—25摄氏度；将GaGeLi晶体分散在乙醇中，使用惰性保护气氛进行脱气后进行密封，持续进行超声处理，同时采用水冷以维持温度20—25摄氏度，以避免超声处理过程中产生过热，最后离心分离即可得到二维层状半导体材料2D-GaGeLi。
2.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，将Ga、Ge、Li三种金属进行真空封装和处理时，真空度达到0.1MPa以下。
3.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，由20—25摄氏度在380—400min内升至1000—1050℃并维持1100—1200min再以0.5—1℃/min降温至20—25摄氏度。
4.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，惰性保护气氛为氮气、氦气或者氩气。
5.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，使用惰性保护气氛进行脱气后以Teflon胶带密封。
6.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，进行离心分离时，离心速率为3000～5000rmp。
7.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，超声处理时间为5—20小时，优选10—15小时。
8.根据权利要求1所述的三元原子晶体剥离制备二维层状材料的方法，其特征在于，将GaGeLi晶体分散在乙醇中，GaGeLi晶体的质量(mg)和乙醇的体积(ml)的比例为(1—5)：1，优选(2—4)：1。
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| ELIZABETH M. SEIBEL ET AL.: "Gold − Gold Bonding: The Key to Stabilizing the 19-Electron Ternary Phases Ln AuSb ( Ln = La−Nd and Sm)", 《J. AM. CHEM. SOC.》 * |
| FREDERICK CASPER ET AL.: ""Semiconducting half-Heusler and LiGaGe structure type compounds"", 《PHYS. STATUS SOLIDI A》 * |
| LAURENT SPINA ET AL.: "Compositional and structural variations in the ternary system Li-Al-Si", 《Z. KRISTALLOGR.》 * |
| VON W. BOCKELMANN UND H.-U. SCHUST: "TernSre Phasen im Dreistoffsystem lithium-Gallium-Germanium", 《Z. ANORG. ALLG. CHEM.》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110699755B (zh) | 2022-04-05 |
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